工程設(shè)計(jì)研究與創(chuàng)新
優(yōu)化工藝流程。工藝設(shè)計(jì)基于冶金流程工程學(xué)理論和首鋼京唐鋼鐵廠的建廠理念，以流程優(yōu)化、功能優(yōu)化、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、效率優(yōu)化為目標(biāo)，以動(dòng)態(tài)精準(zhǔn)設(shè)計(jì)為指導(dǎo)思想，注重工藝系統(tǒng)的頂層設(shè)計(jì)和物質(zhì)流、能量流、信息流的協(xié)同高效運(yùn)行，構(gòu)建了以“流”“流程網(wǎng)絡(luò)”“運(yùn)行程序”為基本要素的新一代球團(tuán)廠動(dòng)態(tài)精準(zhǔn)運(yùn)行體系。設(shè)計(jì)注重原料準(zhǔn)備工序的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)，為精準(zhǔn)配料及高質(zhì)量、多品種球團(tuán)提供了多種調(diào)節(jié)方式，突出了造球、預(yù)熱、焙燒、冷卻、工藝風(fēng)機(jī)等主工序的功能解析和高效集約化配置，為高效、低耗、優(yōu)質(zhì)、清潔的綠色球團(tuán)生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。
工藝設(shè)計(jì)對(duì)工藝流程、功能集成、集約高效、布局緊湊方面進(jìn)行了大量研究，對(duì)預(yù)配料、干燥、輥壓、熔劑與燃料制備、配料、混合、造球、焙燒、冷卻到成品分級(jí)等多工序進(jìn)行緊密銜接，最大限度地縮短物流運(yùn)距、減少物料轉(zhuǎn)運(yùn)，將功能相同或相近的建筑物聯(lián)合設(shè)置，以減少占地面積，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)緊湊。
優(yōu)化工藝技術(shù)。設(shè)計(jì)采用國(guó)際先進(jìn)的帶式焙燒機(jī)工藝，焙燒機(jī)全長(zhǎng)為126m，臺(tái)車寬度為4m，臺(tái)車面積為504m2，料層厚度為400mm，球團(tuán)生產(chǎn)能力為400萬(wàn)噸/年。
提高熱風(fēng)利用率。帶式焙燒機(jī)集7個(gè)工藝區(qū)段于一體，通過臺(tái)車的循環(huán)運(yùn)行，臺(tái)車上的生球依次完成干燥、預(yù)熱、焙燒、均熱和冷卻過程。干燥段分為鼓風(fēng)干燥段和抽風(fēng)干燥段，鼓風(fēng)干燥段主要是利用二冷段熱風(fēng)對(duì)生球進(jìn)行脫水干燥，抽風(fēng)干燥段是通過回?zé)犸L(fēng)機(jī)抽取的預(yù)熱段和焙燒段的熱風(fēng)對(duì)生球進(jìn)行干燥。在預(yù)熱段和焙燒段利用冷卻1段熱風(fēng)和外部熱源加熱，在均熱段不再使用外部熱源，主要是利用球團(tuán)自身放熱和冷卻1段的熱風(fēng)。合理的回?zé)犸L(fēng)利用系統(tǒng)最有效地實(shí)現(xiàn)熱的再利用，高效短捷的流程將散熱面積降到最低，有效降低了熱耗，提高了能源循環(huán)利用率。
合理利用鋼廠二次能源。不同于國(guó)外采用重油或天然氣為熱源，該項(xiàng)目焙燒機(jī)采用焦?fàn)t煤氣作為外部熱源。在固定的爐罩上設(shè)置32組燒嘴，通過流量的靈活調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)工藝溫度的靈活調(diào)節(jié)，最大限度地適應(yīng)不同原料的需求，與此同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)鋼鐵廠副產(chǎn)煤氣的高效化利用，使高熱值煤氣得到最優(yōu)化的利用，實(shí)現(xiàn)能源高效轉(zhuǎn)換。
系統(tǒng)調(diào)控靈活。焙燒工序依靠工藝風(fēng)機(jī)系統(tǒng)平衡焙燒機(jī)各個(gè)工藝段的溫度和壓力。工藝風(fēng)機(jī)系統(tǒng)采用變頻調(diào)速風(fēng)機(jī)及自動(dòng)控制閥門，實(shí)現(xiàn)各個(gè)工藝段溫度的靈活調(diào)節(jié)和熱量的合理分配。該系統(tǒng)通過先進(jìn)可靠的造球系統(tǒng)保證生球入爐強(qiáng)度，減少煙氣含塵量，有效延長(zhǎng)風(fēng)機(jī)使用壽命。
提高臺(tái)車作業(yè)率。帶式焙燒機(jī)工藝采用鋪底料循環(huán)系統(tǒng)保護(hù)臺(tái)車，以延長(zhǎng)臺(tái)車耐熱件的使用壽命。頭部設(shè)置更換臺(tái)車裝置，可以實(shí)現(xiàn)在5分鐘之內(nèi)臺(tái)車的在線快速更換，離線維修，有效提高了臺(tái)車的作業(yè)率。
采用內(nèi)配固體燃料工藝。為了提高球團(tuán)質(zhì)量，該項(xiàng)目設(shè)計(jì)了熔劑與燃料制備工序，配置了內(nèi)配固體燃料、內(nèi)配白云石工序，預(yù)留根據(jù)不同原料調(diào)整燃料配比和生產(chǎn)熔劑性球團(tuán)的手段。內(nèi)配燃料工藝可以增加球團(tuán)的孔隙率和還原性，這種球團(tuán)用于高爐生產(chǎn)能提高生產(chǎn)率和降低焦比。這種高氣孔率、高還原性的球團(tuán)還能有效降低燃料消耗，降低焙燒機(jī)篦床溫度以及風(fēng)機(jī)的電耗。
在工藝設(shè)計(jì)中，該項(xiàng)目首次將熔劑與燃料制備系統(tǒng)布置在配料室旁邊，將熔劑與燃料收集器置于配料室料倉(cāng)的頂部，直接將熔劑粉、燃料粉輸送到配料料倉(cāng)中，通過優(yōu)化流程有效簡(jiǎn)化了設(shè)備配置。熔劑與燃料制備系統(tǒng)中采用熱廢煙氣自循環(huán)新工藝，以降低系統(tǒng)熱耗，降低熱風(fēng)爐設(shè)備規(guī)格及投資，減少?gòu)U氣排放量，有利于節(jié)能環(huán)保。
開發(fā)球團(tuán)往復(fù)式布料技術(shù)。該項(xiàng)目研究開發(fā)了新型球團(tuán)專用布料膠帶機(jī)，將往復(fù)式布料器與造球盤下的集料皮帶集成為一條皮帶，通過控制布料器頭輪直徑及高度，將生球落料高度控制到最小；通過布料器往復(fù)行走，實(shí)現(xiàn)生球單行程布料，有效減少生球的轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù)和落差，提高生球粒度合格率，布料均勻兩側(cè)無(wú)堆積。先進(jìn)的布料膠帶機(jī)+寬膠帶+雙層輥篩布料工藝，保證在帶式焙燒機(jī)上生球料層均勻一致，具有較好的透氣性。
開發(fā)應(yīng)用大型礦粉干燥窯。該項(xiàng)目開發(fā)了大型球團(tuán)干燥窯技術(shù)，設(shè)計(jì)研制了國(guó)內(nèi)特大型ф5m×22m礦粉干燥窯，滿足控制物料水分的要求。該項(xiàng)目相比常規(guī)的球團(tuán)生產(chǎn)工藝配置，增加了原料干燥、輥壓工序，確保球團(tuán)精礦粉水分穩(wěn)定、粒度及比表面積的均勻，提高其成球性，進(jìn)而提高生球強(qiáng)度和質(zhì)量。
研究開發(fā)大型造球系統(tǒng)。為確保造球效果，該項(xiàng)目在國(guó)內(nèi)首次開發(fā)出最大規(guī)格的ф7.5m新型造球盤與大型帶式焙燒機(jī)相配套。與常規(guī)ф6m造球盤相比，單機(jī)造球能力大幅度提高；圓盤直徑加大，增加球團(tuán)滾動(dòng)次數(shù)，改善造球效果，提高生球強(qiáng)度；通過規(guī)模化造球，造球盤數(shù)量減少，廠房占地減小，工程造價(jià)降低。
集成創(chuàng)新應(yīng)用大型技術(shù)裝備。為與504m2的大型帶式焙燒機(jī)相匹配，該項(xiàng)目首次采用了ф1700mm輥徑的輥壓機(jī)、600m2電除塵器及葉輪直徑為ф3.6m的耐熱風(fēng)機(jī)，其中600m2電除塵器是國(guó)內(nèi)單臺(tái)除塵面積最大的電除塵器；主要工藝風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，解決了以前球團(tuán)大型風(fēng)機(jī)由國(guó)外引進(jìn)的問題。所有工藝風(fēng)機(jī)均采用高壓變頻調(diào)速，控制調(diào)節(jié)方便，有效降低電耗。
臺(tái)車運(yùn)動(dòng)力學(xué)研究。臺(tái)車是帶式焙燒機(jī)核心設(shè)備中的最關(guān)鍵的設(shè)備，臺(tái)車總重量約占整個(gè)焙燒機(jī)總重量的17%。由于難于通過直接測(cè)量，檢測(cè)臺(tái)車在工況下溫度和應(yīng)力分布變化，只能通過已知條件建立模型、編制專門的程序，模擬臺(tái)車在整個(gè)循環(huán)中的溫度和應(yīng)力分布情況。在此基礎(chǔ)上，該項(xiàng)目使用ANSYS軟件進(jìn)行有限元應(yīng)力分析，分析臺(tái)車的失效形式；根據(jù)臺(tái)車熱工條件，通過三維設(shè)計(jì)和熱應(yīng)力有限元分析，合理確定臺(tái)車和篦條的結(jié)構(gòu)。
創(chuàng)新采用自潤(rùn)滑輥套技術(shù)。借鑒近年來(lái)在燒結(jié)臺(tái)車上的成熟的自潤(rùn)滑軸承技術(shù)，臺(tái)車輥輪軸承采用自潤(rùn)滑軸承結(jié)構(gòu)，具有制造成本低、制造周期短、使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，可以有效地降低維護(hù)成本，提高了焙燒機(jī)的作業(yè)率。自潤(rùn)滑軸承機(jī)體上嵌入由二硫化鉬和二硫化鎢組成的固體潤(rùn)滑劑，在摩擦過程中潤(rùn)滑劑微粒吸附在金屬表面，起到潤(rùn)滑作用；在使用過程中無(wú)需添加油脂，實(shí)施免維護(hù)，而且使用壽命長(zhǎng)，能夠有效降低設(shè)備維護(hù)費(fèi)用。
開發(fā)風(fēng)箱端部及隔斷密封技術(shù)。在生產(chǎn)實(shí)踐中，為了進(jìn)一步改善系統(tǒng)密封性，該項(xiàng)目通過對(duì)風(fēng)箱端部及隔斷密封工作條件的深入研究，優(yōu)化設(shè)計(jì)了新型帶式焙燒機(jī)的風(fēng)箱端部及隔斷密封裝置，有效地提高密封效果，降低了系統(tǒng)漏風(fēng)率。在生產(chǎn)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，對(duì)帶式焙燒機(jī)爐罩與臺(tái)車間的密封效果進(jìn)行分析，采取針對(duì)性改進(jìn)措施，開發(fā)了新型爐罩與臺(tái)車間的密封技術(shù)，進(jìn)一步提高密封效果。
節(jié)能環(huán)保技術(shù)研究開發(fā)
首鋼京唐球團(tuán)秉承節(jié)能減排、綠色環(huán)保的先進(jìn)理念，采用帶式焙燒機(jī)球團(tuán)生產(chǎn)工藝，在節(jié)能減排、清潔生產(chǎn)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)等方面創(chuàng)新采用了多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，節(jié)能環(huán)保技術(shù)優(yōu)勢(shì)顯著。主要表現(xiàn)在：一是帶式焙燒機(jī)在一個(gè)密閉爐罩內(nèi)完成干燥、預(yù)熱、焙燒、冷卻的全部工藝，同時(shí)帶式焙燒機(jī)整體布置在一個(gè)封閉廠房?jī)?nèi)，有效減少粉塵泄漏。二是爐罩高溫?zé)犸L(fēng)直接回用，管道距離短，回風(fēng)管道面積大，熱量利用效率高。爐罩采用多層耐熱材料和保溫材料，有效減少表面散熱，降低熱耗。工藝風(fēng)機(jī)全部采用高壓變頻調(diào)速，降低電耗。三是全部除塵灰均采用濃相氣力輸灰系統(tǒng)返回配料室使用，充分回收和利用資源。輸送設(shè)備和管道實(shí)現(xiàn)全密封，避免了傳統(tǒng)除塵灰輸送過程中產(chǎn)生的二次揚(yáng)塵，極大地改善了工作條件和廠區(qū)環(huán)境。四是首次開發(fā)的礦粉干燥窯上采用專門研制的高效揚(yáng)料板，采用高溫旋風(fēng)配風(fēng)裝置，提高熱交換效率，增強(qiáng)干燥效果，減低熱耗。
在設(shè)計(jì)研究中，該項(xiàng)目建立了基于能源高效轉(zhuǎn)換的能量流網(wǎng)絡(luò)和運(yùn)行體系，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能；以“減量化、再循環(huán)、再利用”為用能準(zhǔn)則，建立能量輸入—輸出模型，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化用能。主要技術(shù)創(chuàng)新包括：一是利用鋼鐵廠自產(chǎn)的焦?fàn)t煤氣作為球團(tuán)焙燒的燃料，優(yōu)化燃料結(jié)構(gòu)，取代了高熱值天然氣，使鋼鐵廠能源流結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，焦?fàn)t煤氣的效能得到高效化的利用。二是開發(fā)研制適用于焦?fàn)t煤氣的燃燒器，設(shè)計(jì)合理的燃燒器結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)低空氣過剩系數(shù)調(diào)控，保證燃料燃燒完全和足夠的火焰溫度，降低CO2和NOx的大量產(chǎn)生和排放，實(shí)現(xiàn)高效清潔燃燒，減少污染物排放。三是合理設(shè)置燃燒器安裝位置和數(shù)量，以滿足球團(tuán)焙燒工藝為前提，實(shí)現(xiàn)燃燒和溫度場(chǎng)精準(zhǔn)控制，減少能源消耗、降低污染物排放。四是設(shè)計(jì)開發(fā)了高效的“風(fēng)流回?zé)崂孟到y(tǒng)”，將帶式焙燒機(jī)焙燒過程產(chǎn)生的各梯級(jí)熱能高效利用，實(shí)現(xiàn)球團(tuán)干燥、預(yù)熱、焙燒等不同工藝過程能量的合理匹配和高效利用。五是開發(fā)研制了球團(tuán)內(nèi)配碳技術(shù)，可以將鋼鐵廠炭素粉塵及焦化粉末作為能源，實(shí)現(xiàn)固體廢棄物的資源化、高效化綜合利用，還可以提高球團(tuán)焙燒質(zhì)量，降低工序能耗。